美国斯坦福大学的研究人员于当地时间2014年7月22日宣布,开发出了太阳能电池用散热技术。只需将开发的薄膜贴到现有晶体硅太阳能电池的表面,便可将日照导致的温度上升幅度控制在约18K。这样便可抑制晶体硅类太阳能电池在夏季发电性能下降问题。
不采取措施的夏季转换效率比额定值低4个百分点

据介绍,如果在气温300K(约27℃)的条件下有能量密度为800W/m2的日照,未采取措施的太阳能电池的表面温度就会上升至342.3K(约69℃)。而室外型太阳能电池发电性能的额定值大部分都是在25℃的温度下测定的。而且,晶体硅类太阳能电池对温度上升的耐受性较差,温度每上升约1K,输出功率就会下降0.45%。表面温度达到69℃时,温度较额定值的条件上升了约42K,会导致输出功率下降约19%。如果是转换效率额定值为20%的太阳能电池,在这一条件下实际能发挥出的转换效率仅为16%左右。

另外,将此次开发的薄膜贴到太阳能电池表面后,可将800W/m2日照下的温度上升幅度抑制在17.6K。这时,太阳能电池的表面温度只有约52℃,输出功率仅下降约11%。上述转换效率为20%的太阳能电池实际以约18%的转换效率工作。

该薄膜可抑制温度上升的原因大致有3点:(1)材料采用石英;(2)实施了棱锥状表面加工;(3)厚度减薄,只有100μm。这样一来,薄膜吸收的红外线的热量以及太阳能电池传递出的热量以波长4μm以上的红外线辐射的形式向外散发的效果会更强。

(1)采用石英是因为石英对可视光的透射率高,而对波长在4μm以上的红外线的透射率低。(2)的表面形状对于波长4μm以上的红外线也具有可提高其与空气的阻抗匹配的作用。这样,从棱锥体的尖端到底部,实际折射率会慢慢发生变化,有助于降低反射,提高辐射性能。另外,(3)厚度薄则有助于确保太阳能电池的热量容易向薄膜表面传递,还可确保可视光的透射率。

上述三种技术已分别被已有技术单独使用。比如,普通玻璃中7~8成材料为石英,因此,现有太阳能电池也有望实现对于波长4μm以上的红外线的吸收效果。不过,除此之外还同时采取另两项技术的例子却很少。如果表面形状平坦且玻璃较厚,就会不断吸收红外线而很少辐射,并容易阻碍太阳能电池向外部传到热量。

另外,棱锥状表面加工在有些普通防反射膜上也被采用。不过,材料采用石英的情况很少。此次斯坦福大学通过同时采取这三项措施,实现了高散热性能。

不过,上述结果均是由模拟获得的。斯坦福大学表示,今后还将实际制作薄膜,在实际环境下进行性能评估。